Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam với đặc điểm khí hậu nhiệt đới, nhiệt độ và độ ẩm cao cùng đường bờ biển dài, đặc biệt là các vùng biển đảo, đặt ra yêu cầu cấp thiết về bảo quản vũ khí trang bị kỹ thuật (VKTBKT) trong môi trường chịu mặn và ăn mòn cao. Theo ước tính, việc bảo quản không hiệu quả có thể gây thiệt hại kinh tế lớn và ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng sẵn sàng chiến đấu của quân đội. Hiện nay, mỡ bảo quản chịu mặn AMC-3 nhập khẩu từ Liên bang Nga được sử dụng phổ biến tại Việt Nam, với đặc tính bám dính cao, kháng nước tốt và nhiệt độ làm việc từ -15°C đến +70°C. Tuy nhiên, việc phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu làm tăng chi phí và hạn chế khả năng tự chủ công nghệ.

Mục tiêu nghiên cứu là phát triển mỡ bảo quản chịu mặn trên cơ sở chất làm đặc xà phòng nhôm, đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật GOST 2712-75 của Nga, phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới biển Việt Nam. Nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp xà phòng nhôm từ axit béo stearic và oleic, lựa chọn môi trường phân tán dầu khoáng và dầu xilanh, đồng thời bổ sung phụ gia chống oxi hóa và chống ăn mòn nhằm nâng cao hiệu quả bảo vệ VKTBKT. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga và Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong giai đoạn 2016-2017.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm chi phí nhập khẩu, nâng cao chất lượng mỡ bảo quản, góp phần bảo vệ hiệu quả VKTBKT tại vùng biển đảo, đồng thời thúc đẩy phát triển công nghệ sản xuất mỡ chịu mặn trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết cấu trúc mỡ: Mỡ là hệ keo đa phân tán gồm pha phân tán (chất làm đặc) và môi trường phân tán (dầu khoáng hoặc tổng hợp). Chất làm đặc tạo khung mạng giữ dầu, ảnh hưởng đến tính chất cơ lý và bảo vệ của mỡ.
  • Lý thuyết xà phòng hóa: Phản ứng giữa axit béo (stearic, oleic) với muối nhôm sulfat và kiềm tạo thành xà phòng nhôm distearate, tristearate và oleate, là chất làm đặc chính cho mỡ chịu mặn.
  • Mô hình bảo vệ ăn mòn điện hóa: Màng mỡ bảo vệ kim loại bằng cách tăng điện trở mạch ăn mòn, giảm thế xuất hiện và tạo lớp hấp phụ hóa học ngăn ngừa sự xâm nhập của môi trường ăn mòn.
  • Khái niệm phụ gia mỡ: Phụ gia chống oxi hóa (diphenylamin, alkyl phenol) và chống ăn mòn (benzotriazol) được sử dụng để tăng độ bền hóa học và khả năng bảo vệ kim loại, đặc biệt là đồng.

Các khái niệm chính bao gồm: độ xuyên kim, nhiệt độ nhỏ giọt, độ bền keo, khả năng chịu nước, khả năng bôi trơn, và tiêu chuẩn kỹ thuật GOST 2712-75.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các nguyên liệu hóa chất công nghiệp (axit stearic, oleic, NaOH, Al2(SO4)3), dầu khoáng BS150 và dầu xilanh GC, cùng các phụ gia chống oxi hóa và chống ăn mòn. Nghiên cứu thực hiện tổng hợp xà phòng nhôm qua phản ứng xà phòng hóa trong điều kiện nhiệt độ 55-80°C, tốc độ khuấy 180-200 vòng/phút, thời gian 60 phút. Sản phẩm được lọc rửa, sấy khô và kiểm tra chỉ tiêu kỹ thuật.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Kiểm tra chỉ tiêu hóa lý theo tiêu chuẩn TCVN, ASTM, GOST (độ xuyên kim, nhiệt độ nhỏ giọt, độ bền keo, hàm lượng axit, độ bám dính).
  • Phổ tán sắc năng lượng EDX để xác định thành phần nguyên tố xà phòng nhôm.
  • Thử nghiệm khả năng bảo vệ trong môi trường nước biển nhân tạo theo tiêu chuẩn GOST 9, ngâm mẫu kim loại trong 90 ngày, đánh giá tốc độ ăn mòn.
  • Thử nghiệm khả năng chịu nước theo ASTM D1264-03.
  • Thử nghiệm khả năng bôi trơn theo ASTM D2266-01 trên máy 4 bi.

Quy trình nghiên cứu kéo dài trong khoảng 12 tháng, từ tổng hợp nguyên liệu, chế tạo mỡ thử nghiệm đến đánh giá tính năng và tối ưu công nghệ sản xuất quy mô 500 kg/mẻ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tổng hợp xà phòng nhôm chất lượng cao:

    • Tỷ lệ mol axit stearic : NaOH : Al2(SO4)3 tối ưu là 4:6,5:3 cho distearate nhôm, 6:6,2:3 cho tristearate nhôm, và 6:6,2:3 cho oleate nhôm.
    • Sản phẩm có điểm nóng chảy đạt 163-172°C (distearate), 108-131°C (tristearate), 124°C (oleate), đảm bảo cấu trúc mỡ bền vững.

  2. Lựa chọn môi trường phân tán dầu khoáng và dầu xilanh GC tỷ lệ 75:25:

    • Mẫu mỡ thử nghiệm đạt độ lún kim 223-245 (10-1 mm), nhiệt độ nhỏ giọt ≥115°C, không có axit và kiềm tan trong nước.
    • Tỷ lệ này tối ưu cho độ bền keo và tính ổn định của mỡ.

  3. Ảnh hưởng tỷ lệ các loại xà phòng nhôm đến tính chất mỡ:

    • Tăng distearate nhôm làm tăng nhiệt độ nhỏ giọt và độ cứng mỡ, nhưng giảm độ bền keo.
    • Mẫu M2, M3, M4 với tỷ lệ hỗn hợp xà phòng nhôm cân đối có tính chất mềm dẻo, bám dính tốt, nhiệt độ nhỏ giọt trên 110°C, phù hợp tiêu chuẩn.

  4. Tác dụng của phụ gia chống oxi hóa và chống ăn mòn:

    • Thêm 1% hỗn hợp diphenylamin và alkyl phenol cùng 0,1% benzotriazol không làm thay đổi tính chất cơ lý nhưng tăng khả năng bảo vệ kim loại, đặc biệt là đồng.

  5. Khả năng bảo vệ trong môi trường nước biển nhân tạo:

    • Sau 90 ngày ngâm, mẫu mỡ M6, M7, M8 bảo vệ thép CT3 tốt hơn mỡ AMC-3 của Nga, với tốc độ ăn mòn thép giảm từ 19,6 g/m² (mỡ Nga) xuống còn 9,2 g/m² (M7) và 1 g/m² (M8).
    • Khả năng bảo vệ đồng và nhôm của các mẫu tương đương hoặc vượt trội so với mỡ AMC-3.

  6. Khả năng chịu nước và bôi trơn:

    • Mẫu M8 có khả năng chịu nước tốt nhất với tỷ lệ mất mỡ chỉ 1,26% theo ASTM D1264-03, vượt mỡ AMC-3 (3,96%) và tương đương mỡ lithium đa dụng Mỹ (1,86%).
    • Khả năng bôi trơn của M8 với đường kính vết mài mòn 0,8 mm tương đương mỡ lithium đa dụng Mỹ (0,7 mm) và tốt hơn mỡ AMC-3 (1,4 mm).

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc tổng hợp xà phòng nhôm với tỷ lệ mol phù hợp và lựa chọn môi trường phân tán dầu khoáng phối trộn dầu xilanh GC tỷ lệ 75:25 tạo ra mỡ có cấu trúc mạng bền vững, độ bền keo cao và nhiệt độ nhỏ giọt phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới biển Việt Nam. Việc bổ sung phụ gia chống oxi hóa và benzotriazol giúp tăng khả năng bảo vệ kim loại, đặc biệt là đồng, vốn là điểm yếu của mỡ AMC-3 nhập khẩu.

So sánh với các nghiên cứu trước, mỡ chế tạo trong nghiên cứu có khả năng chịu nước và bôi trơn tương đương hoặc vượt trội, đồng thời giảm chi phí sản xuất do sử dụng nguyên liệu trong nước và công nghệ đơn giản hơn. Biểu đồ so sánh tốc độ ăn mòn thép và đồng giữa các mẫu mỡ thể hiện rõ ưu thế của mỡ nghiên cứu, đồng thời bảng tổng hợp chỉ tiêu kỹ thuật cho thấy sự ổn định và phù hợp tiêu chuẩn GOST 2712-75.

Như vậy, nghiên cứu đã thành công trong việc phát triển mỡ bảo quản chịu mặn có chất lượng cao, phù hợp với điều kiện sử dụng thực tế tại Việt Nam, góp phần nâng cao hiệu quả bảo vệ VKTBKT vùng biển đảo.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai sản xuất thử nghiệm quy mô công nghiệp

    • Áp dụng quy trình tổng hợp xà phòng nhôm và pha chế mỡ theo đơn phối liệu mẫu M8.
    • Mục tiêu đạt sản lượng 500 kg/mẻ trong vòng 6 tháng.
    • Chủ thể thực hiện: Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga phối hợp với doanh nghiệp sản xuất hóa chất.

  2. Nâng cao kiểm soát chất lượng nguyên liệu và sản phẩm

    • Thiết lập hệ thống kiểm tra chỉ tiêu hóa lý và tính năng mỡ theo tiêu chuẩn TCVN, ASTM, GOST.
    • Đảm bảo độ đồng nhất và ổn định sản phẩm trong từng lô sản xuất.
    • Chủ thể: Phòng thí nghiệm chuyên ngành của nhà máy sản xuất.

  3. Phát triển phụ gia chuyên dụng phù hợp điều kiện khí hậu Việt Nam

    • Nghiên cứu bổ sung phụ gia chống oxi hóa và chống ăn mòn mới nhằm tăng tuổi thọ mỡ trong môi trường nhiệt đới ẩm.
    • Thời gian nghiên cứu 12 tháng.
    • Chủ thể: Viện Khoa học và Công nghệ Hóa học.

  4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ cho các đơn vị sản xuất trong nước

    • Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật sản xuất mỡ chịu mặn, quy trình kiểm soát chất lượng.
    • Mục tiêu nâng cao năng lực sản xuất và tự chủ công nghệ.
    • Chủ thể: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga.

  5. Khuyến khích sử dụng mỡ sản xuất trong nước cho các đơn vị quân sự và công nghiệp quốc phòng

    • Giảm nhập khẩu, tiết kiệm chi phí và tăng cường an ninh công nghiệp quốc phòng.
    • Thời gian áp dụng trong 1-2 năm tới.
    • Chủ thể: Bộ Quốc phòng và các đơn vị sử dụng VKTBKT.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học kỹ thuật, Hóa dầu

    • Lợi ích: Hiểu rõ quy trình tổng hợp xà phòng nhôm, công nghệ chế tạo mỡ chịu mặn, phương pháp đánh giá tính năng mỡ.
    • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu liên quan đến vật liệu bôi trơn và bảo quản.

  2. Doanh nghiệp sản xuất mỡ bôi trơn và hóa chất công nghiệp

    • Lợi ích: Áp dụng công nghệ sản xuất mỡ chịu mặn phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam, giảm chi phí nhập khẩu.
    • Use case: Triển khai sản xuất mỡ bảo quản cho thị trường trong nước và xuất khẩu.

  3. Các đơn vị quân sự và công nghiệp quốc phòng

    • Lợi ích: Tăng cường khả năng bảo quản VKTBKT vùng biển đảo, nâng cao hiệu quả sử dụng mỡ bảo quản nội địa.
    • Use case: Lựa chọn mỡ bảo quản phù hợp, giảm phụ thuộc nguồn nhập khẩu.

  4. Cơ quan quản lý kỹ thuật và tiêu chuẩn hóa

    • Lợi ích: Cập nhật tiêu chuẩn kỹ thuật, đánh giá chất lượng mỡ bảo quản chịu mặn, hỗ trợ xây dựng tiêu chuẩn Việt Nam.
    • Use case: Ban hành quy chuẩn kỹ thuật, kiểm soát chất lượng sản phẩm trên thị trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mỡ bảo quản chịu mặn là gì và tại sao cần thiết?
    Mỡ bảo quản chịu mặn là loại mỡ dùng để bảo vệ các chi tiết kim loại khỏi ăn mòn trong môi trường nước biển và khí hậu biển đảo. Nó cần thiết để duy trì độ bền và hiệu suất của VKTBKT, giảm thiệt hại kinh tế và đảm bảo khả năng sẵn sàng chiến đấu.

  2. Tại sao chọn xà phòng nhôm làm chất làm đặc cho mỡ chịu mặn?
    Xà phòng nhôm có khả năng tạo cấu trúc mạng bền vững, chịu nước và chịu mặn tốt, đồng thời an toàn cho sức khỏe và môi trường. Nó giúp mỡ có độ bám dính cao, ổn định cơ học và nhiệt độ nhỏ giọt phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam.

  3. Phụ gia benzotriazol có vai trò gì trong mỡ bảo quản?
    Benzotriazol là phụ gia chống ăn mòn hiệu quả, đặc biệt bảo vệ kim loại màu như đồng. Nó tạo màng bảo vệ hấp phụ trên bề mặt kim loại, ngăn ngừa sự tiếp xúc với môi trường ăn mòn, nâng cao tuổi thọ mỡ bảo quản.

  4. Khả năng chịu nước của mỡ được đánh giá như thế nào?
    Khả năng chịu nước được đánh giá theo tiêu chuẩn ASTM D1264-03 bằng cách đo tỷ lệ mỡ bị rửa trôi dưới tác động của tia nước nóng. Mỡ có tỷ lệ mất mỡ thấp hơn thể hiện khả năng chịu nước và bảo vệ tốt hơn.

  5. Mỡ chế tạo trong nghiên cứu có thể thay thế mỡ AMC-3 nhập khẩu không?
    Kết quả thử nghiệm cho thấy mỡ nghiên cứu có tính năng bảo vệ, chịu nước và bôi trơn tương đương hoặc vượt trội so với mỡ AMC-3, đồng thời giảm chi phí sản xuất. Do đó, mỡ này hoàn toàn có thể thay thế mỡ nhập khẩu trong bảo quản VKTBKT vùng biển đảo.

Kết luận

  • Đã tổng hợp thành công xà phòng nhôm distearate, tristearate và oleate với tỷ lệ mol tối ưu, đạt chỉ tiêu kỹ thuật theo tiêu chuẩn GOST 2712-75.
  • Lựa chọn môi trường phân tán dầu khoáng phối trộn dầu xilanh GC tỷ lệ 75:25 tạo ra mỡ có độ bền keo cao, nhiệt độ nhỏ giọt trên 110°C, phù hợp khí hậu nhiệt đới biển.
  • Phụ gia chống oxi hóa và benzotriazol nâng cao khả năng bảo vệ kim loại, đặc biệt là đồng, vượt trội so với mỡ AMC-3 nhập khẩu.
  • Mỡ chế tạo có khả năng chịu nước và bôi trơn tương đương hoặc tốt hơn mỡ lithium đa dụng Mỹ và mỡ AMC-3 Nga.
  • Đề xuất triển khai sản xuất thử nghiệm quy mô công nghiệp, hoàn thiện công nghệ và đào tạo chuyển giao nhằm tự chủ công nghệ sản xuất mỡ chịu mặn trong nước.

Next steps: Triển khai sản xuất thử nghiệm, hoàn thiện quy trình kiểm soát chất lượng, nghiên cứu phụ gia nâng cao, đào tạo kỹ thuật và khuyến khích sử dụng trong các đơn vị quân sự.

Call to action: Các đơn vị nghiên cứu, sản xuất và quản lý kỹ thuật nên phối hợp để phát triển và ứng dụng mỡ bảo quản chịu mặn nội địa, góp phần nâng cao năng lực quốc gia trong lĩnh vực công nghiệp quốc phòng và bảo vệ môi trường.